专利名称：基板处理装置的运行方法
技术领域：
本发明涉及基板处理装置的运行方法。
背景技术：
目前，在传感器、传动装置、发信器、RF滤波器等中被开发、实用化的压电元件、或是作为各种IC卡、个人数字助理等非易失性存储器而被利用的铁电体存储器(FeRAM)均具有贵金属电极夹持铁电体薄膜的结构。在铁电体薄膜或贵金属电极的微细加工中使用利用等离子体的干式蚀刻方法，铁电体薄膜或贵金属电极被称作难蚀刻材料，缺乏与卤素气体(等离子体)的反应性、且由于它们的卤化物的蒸气压低，因而蚀刻产物不会作为气体排出而易于附着在腔室的内壁上。等离子体中的离子与附着物接触时则发生反应，附着物从腔室的内壁被剥离，产生颗粒。所产生的颗粒附着在处理基板上、成为降低设备合格率的原因。现有技术文献专利文献
专利文献1 日本特开平8 - 269445号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明人着眼于刚生成后的等离子体不稳定时，等离子体中的离子与附着物发生反应、引起颗粒的发生，认识到重要的是如何稳定地产生等离子体并进行研究，进而完成本发明。本发明为了解决上述以往技术的问题而进行，其目的在于提供可稳定地产生等离子体、抑制颗粒发生的基板处理装置的运行方法。用于解决技术问题的方法
为了解决上述技术问题，本发明为一种基板处理装置的运行方法，其为具有真空槽、对所述真空槽内进行真空排气的真空排气部、向所述真空槽内供给气体的气体供给部、对等离子体生成装置施加电压以产生所述真空槽内的气体的等离子体的等离子体生成部，使等离子体与配置于所述真空槽内的基板接触而对所述基板进行处理的基板处理装置的运行方法，其具有以下工序向所述真空槽内供给稀有气体、对所述等离子体生成装置施加电压以产生所述稀有气体的等离子体的等离子体点火工序；向所述真空槽内供给反应气体、使所述反应气体与所述稀有气体的等离子体接触以产生所述反应气体的等离子体，使所述反应气体的等离子体与基板接触而对所述基板进行处理的等离子体处理工序。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体点火工序中的等离子体生成时的所述真空槽内的压力高于所述等离子体处理工序中的基板处理开始时的所述真空槽内的压力。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体点火工序中的等离子
3体生成时所述稀有气体向所述真空槽内的供给流量大于所述等离子体处理工序中的基板处理开始时所述稀有气体向所述真空槽内的供给流量。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述稀有气体含有选自由He、Ne、 Ar、Kr和Xe构成的组中的任1种气体。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体处理工序中使所述反应气体的等离子体与所述基板接触而对所述基板进行蚀刻。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述基板具有由导电性材料构成的电极膜和由铁电体构成的铁电体膜，所述等离子体处理工序中使所述反应气体的等离子体与所述基板接触而对所述电极膜或所述铁电体膜的任一者或两者进行蚀刻。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述电极膜含有选自由Pt、Ir、IrO2 和SrRuO3构成的导电性材料的组中的至少1种导电性材料。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述铁电体膜含有选自由钛酸钡 (BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、钛酸铋镧((Bi5La)4Ti3O12 BLT)、钛锆酸铅(PbUi ，Ti)03 =PZT), 钛锆酸镧铅((PbLa) (ZrTi) O3 =PLZT)和钛酸铋锶(SrBi2Ta2O3 =SBT)构成的组中的任1种铁电体。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述反应气体含有在化学结构中含有选自由氟、氯、溴和碘构成的组中的任1种卤素元素的气体。本发明为一种基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体处理工序中的所述基板处理中将所述基板加热或冷却至250°C以上的温度。发明效果
由于刚生成后的等离子体稳定、所发生的颗粒的量减少，因而产品的合格率提高。
[图1]用于说明蚀刻装置结构的图。[图2]表示相对于基板处理张数的基板上颗粒数的变化的图。符号说明
80……基板处理装置(蚀刻装置)
81……气体供给部
82……真空排气部
83……等离子体生成装置(RF天线)
89……真空槽
92……等离子体生成部。
具体实施例方式<基板处理装置的结构>
作为本发明中使用的基板处理装置的一例，对搭载有电感耦合等离子体(ICP)源的蚀刻装置。图1的符号80表示该蚀刻装置。蚀刻装置80具有真空槽89、等离子体生成部92、气体供给部81、真空排气部82和温度控制部88。真空槽89的内部设置有用于载置基板的平台86。平台86上设置有电极95，该电极95与吸盘〔千、”、用直流电源96电连接。当由吸盘用直流电源96向电极95施加直流电压时，平台86按照能够利用静电吸附保持载置于平台86上的基板的方式来构成。温度控制部88连接于平台86，将He气体等导热介质通入平台86与作为处理对象物的基板之间，同时通过控制设置于平台86的加热器99，可以将作为载置于平台86上的处理对象物的基板加热或冷却至所需温度。在真空槽89的顶部(顶棚部分)设置有由石英或氧化铝等所形成的RF导入窗93， 以便能够使电波从真空槽89的外部透过至内部。等离子体生成部92具有作为等离子体生成装置的RF天线83、匹配箱87a、等离子体用交流电源84。RF天线83设置在RF导入窗93的上方，通过匹配箱87a电连接于等离子体用交流电源84。当从等离子体用交流电源84向RF天线83施加交流电压时，电波从 RF天线83透过RF导入窗93、发射至真空槽89内，从而可以将供给至真空槽89内的蚀刻气体等离子体化。另外，设置于平台86上的电极97上通过匹配箱87b电连接有溅射用交流电源85。 从溅射用交流电源85向平台86的电极97施加交流电压时，等离子体中的离子被加速、与平台86上的基板发生撞击、可以对基板进行蚀刻。气体供给部81和真空排气部82均配置在真空槽89的外部。真空排气部82具有调压阀82a和真空泵82b，真空泵82b通过调压阀82a与真空槽89内部连接，可以对真空槽 89内进行真空排气。气体供给部81与真空槽89内部连接，可以将蚀刻气体供给至真空槽 89内。<基板处理装置的运行方法>
使用上述蚀刻装置80说明作为本发明的基板处理装置的运行方法。这里，作为处理对象物，使用在朝上的一面成膜有Ir薄膜的基板。首先，利用真空排气部82预先对真空槽89内进行真空排气。在之后的处理工序中，真空排气部82持续对真空槽89内进行真空排气。利用未图示的传输装置一边维持真空槽89内的真空环境、一边将基板传输到真空槽89内，使形成有Ir薄膜的面的相反面与平台86接触，使Ir薄膜侧露出，配置在平台 86上。从吸盘用直流电源96向设于平台86的电极95施加直流电压，利用静电吸附将基板保持在平台86上。接着，作为等离子体点火工序，从气体供给部81向真空槽89内供给稀有气体。稀有气体在这里使用Ar气体。本发明的稀有气体从价格或易于获得等理由出发， 优选Ar气体，但也可不限定于此而使用He、Ne、Kr、Xe等气体。调压阀82a的排气传导性(排気二 >夕·夕夕> ^ )利用控制装置98控制、将真空层89内调压至规定压力。此时的压力随RF天线83的结构、真空槽89的容积、稀有气体的供给流量等而改变，优选是刚生成后的等离子体为最稳定的3Pa IOPa的范围(A B表示A以上且B以下)。真空槽89内的压力稳定后，启动等离子体用交流电源84，向RF天线83通入交流电流，使电波从RF天线83透过RF导入窗93发射至真空槽89，产生稀有气体的等离子体。
后述的反应气体为多原子分子气体、反应气体的等离子体含有正离子和负离子， 而稀有气体是单原子分子气体、稀有气体的等离子体不含负离子。因而，即便蚀刻产物已经附着在RF导入窗93上，当为稀有气体的等离子体时，也不会发生负离子与蚀刻产物接触、 发生反应而使蚀刻产物从RF导入窗93上剥离的情况，颗粒的发生得到抑制。之后，在终止蚀刻处理之前，持续从等离子体用交流电源84向RF天线83施加电力，维持稀有气体的等离子体。接着，增加调压阀8 的排气传导性、降低真空槽89内的压力、调压至较等离子体点火工序中等离子体生成时的压力更低的规定压力。此时的压力优选为作为蚀刻基板的压力的0. 2Pa 3Pa的范围。启动温度控制部88，一边将He等导热介质通入平台86与基板之间，一边通过控制设于平台86的加热器99，将基板加热或冷却至规定温度。基板的温度即便是室温附近也可进行蚀刻，当对卤化物等蒸气压低的导电性材料或铁电体等进行蚀刻时，优选将基板加热或冷却至250°C以上、特别是300°C左右。真空槽89内的压力稳定后，作为等离子体处理工序，这里减少向真空槽89内的稀有气体的供给流量、开始反应气体的供给、使反应气体与稀有气体的等离子体接触、将反应气体等离子体化、产生反应气体的离子或自由基等活性种类、并使其与基板的Ir薄膜接触。这里，反应气体使用Cl2气体和&气体的混合气体。本发明的反应气体并非限定于此，可以含有在化学结构中含有选自氟、氯、溴和碘中的任1种卤元素的卤素系气体等能够将基板蚀刻的气体。这里，在减少稀有气体的供给流量后、开始反应气体的供给，但也可以在开始反应气体的供给后，减少稀有气体的供给流量。当蚀刻不需要稀有气体时，可以使稀有气体的供给流量为0。另外，通过在不减少稀有气体供给流量的情况下增加调压阀82a的排气传导性， 从而在反应气体的供给开始后也可进行控制使得真空槽89内达到规定压力。在气体的供给流量和真空层内的压力分别稳定后，启动溅射用交流电源85，对设置于平台86的电极97施加交流电压，使等离子体中的离子入射至基板的Ir薄膜中，开始蚀刻处理。即，等离子体点火工序中的等离子体生成时的真空槽89内的压力高于等离子体处理工序中的基板处理开始时的真空槽89内的压力。另外，等离子体点火工序中的等离子体生成时稀有气体向真空槽89内的供给流量大于等离子体处理工序中的基板处理开始时稀有气体向真空槽89内的供给流量。Ir薄膜与反应气体的等离子体发生反应，所生成的蚀刻产物会蒸发或者被入射的离子溅射，从而将气化的蚀刻产物真空排气而除去。由于Ir的卤化物的蒸气压低，因而蚀刻产物的一部分不会作为气体排出，而附着在按照包围平台86的方式而设置的屏蔽物91或RF导入窗93等的腔室内。这里，屏蔽物91为了防止蚀刻产物附着于真空槽89的内壁而设置。在将Ir薄膜蚀刻至规定膜厚后，分别停止等离子体用交流电源84和溅射用交流电源85的功率，且停止由气体供给部81供给反应气体。另外，停止从温度控制部88导入稀有气体，解除平台86的真空吸附。接着，一边维持真空槽89内的真空环境、一边利用未图示的传输装置将蚀刻后的基板取出。这里，对成膜有Ir薄膜的基板进行蚀刻处理，但本发明的处理对象物并非限定于此，还可对如压电元件那样，在基板上依次层叠有由Pt、Ir、Ir02、SrRU03等卤化物的蒸气压低的导电性材料所构成的电极膜，和由钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、钛酸铋镧((Bi， La)4Ti3012 :BLT)、钛锆酸铅(Pb (Zr5Ti)O3 :PZT)、钛锆酸镧铅((PbLa) (ZrTi)O3 :PLZT)、钛酸铋锶(SrBi2Ta2O3=SBT)等卤化物的蒸气压低的铁电体所构成的铁电体膜的处理对象物进行蚀刻处理。S卩，可以对电极膜或铁电体膜的任一者或两者进行蚀刻处理。本发明中使用的基板处理装置并非限定于上述蚀刻装置，可以使用等离子体CVD 装置、等离子体灰化装置等在真空槽内产生等离子体而对基板进行处理的装置。另外，本发明中使用的基板处理装置的等离子体源并非限定于上述的电感耦合型(ICP)，可以使用电容耦合型(CCP)、电子回旋共振型(ECR)、螺旋波激发型等的等离子体源。
实施例<实施例1 >
将在朝上的一面成膜有Ir薄膜的Φ8英寸基板(直径20cm的基板)传输到蚀刻装置 80的经真空排气的真空槽89内，使Ir薄膜露出，配置在平台86上。从吸盘用直流电源96向设置于平台86的电极95施加士800V的直流电压，将基板静电吸附在平台86上。一边以SOOPa的压力将He气体通至平台86与基板之间，同时将基板温度控制为300°C的温度。接着，将Ar气体供给至真空槽89内，使真空槽89内的压力为7Pa。在真空槽89 内的压力稳定后，从等离子体用交流电源84向RF天线83施加1600W的电力，产生Ar气体的等离子体。接着，控制调压阀82a，将真空槽89内的压力降低至0. 5Pa。接着，减少Ar气体的供给流量、开始Cl2气体和O2气体的供给，使得Ar =Cl2 :02气体的各自供给流量比达到1 :4 :2。供给至真空槽89内的气体与等离子体相接触，进行等离子体化。接着，从溅射用交流电源85向设置于平台86的电极97施加300W的交流电压，使等离子体中的离子入射至基板中，将Ir薄膜蚀刻。蚀刻规定时间后，分别停止等离子体用交流电源84和溅射用交流电源85的输出， 且停止从气体供给部81供给反应气体。另外，停止从温度控制部88导入He气体，解除平台86的真空吸附。一边维持真空槽89内的真空环境、一边将蚀刻后的基板从真空槽89取出，接着计测基板上的颗粒数。每次一张地使用多张基板、重复上述处理工序。其中，在传输第一张基板之前从真空槽89内除去蚀刻产物，但在第二张之后不进行从真空槽89内除去蚀刻产物。
<比较例1 >
将在朝上的一面成膜有Ir薄膜的Φ8英寸基板(直径20cm的基板)传输到蚀刻装置 80的经真空排气的真空槽89内，使Ir薄膜露出，配置在平台86上。从吸盘用直流电源96向设置于平台86的电极95施加士800V的直流电压，将基板静电吸附在平台86上。一边以800 的压力将He气体通至平台86与基板之间，同时将基板温度控制为300°C的温度。接着，以1 :4 :2的流量比向真空槽89内供给Ar气体、Cl2气体和仏气体，使真空槽89内的压力为7Pa。在真空槽89内的压力稳定后，从等离子体用交流电源84向RF天线 83施加1600W的电力，产生真空槽89内的气体的等离子体。接着，控制调压阀82a，将真空槽89内的压力降低至0. 5Pa。接着，从溅射用交流电源85向设置于平台86的电极97施加300W的交流电压，使等离子体中的离子入射至基板中，将Ir薄膜蚀刻。蚀刻与实施例1相同的规定时间后，分别停止等离子体用交流电源84和溅射用交流电源85的输出，且停止从气体供给部81供给反应气体。另外，停止从温度控制部88导入He气体，解除平台86的真空吸附。一边维持真空槽89内的真空环境、一边将蚀刻后的基板从真空槽89取出，接着计测基板上的颗粒数。每次一张地使用多张基板、重复上述处理工序。在传输第一张基板之前从真空槽 89内除去蚀刻产物，在第二张之后不进行从真空槽89内除去蚀刻产物。<颗粒数的变化>
图2表示实施例1 (利用Ar气体的等离子体点火)和比较例1 (利用蚀刻气体的等离子体点火)的各情况下，相对于基板处理张数的蚀刻后基板上的颗粒数变化。比较例1中，随着基板的处理张数的增加，颗粒数也增加，但实施例1中即便对多张基板进行处理，颗粒数也还是非常少。其原因认为如下当用蚀刻气体生成等离子体时，刚生成后的等离子体中的Cl_或 0_等负离子与附着于RF导入窗93的蚀刻产物接触而发生反应，产生颗粒，而利用Ar气体生成等离子体时，由于Ar气体是单原子分子气体，因而等离子体不含负离子，故稳定。
权利要求
1.一种基板处理装置的运行方法，其为具有真空槽、对所述真空槽内进行真空排气的真空排气部、向所述真空槽内供给气体的气体供给部、对等离子体生成装置施加电压以产生所述真空槽内的气体的等离子体的等离子体生成部，使等离子体与配置于所述真空槽内的基板接触而对所述基板进行处理的基板处理装置的运行方法，其具有以下工序向所述真空槽内供给稀有气体、对所述等离子体生成装置施加电压以产生所述稀有气体的等离子体的等离子体点火工序；和向所述真空槽内供给反应气体、使所述反应气体与所述稀有气体的等离子体接触以产生所述反应气体的等离子体，使所述反应气体的等离子体与基板接触而对所述基板进行处理的等离子体处理工序。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体点火工序中的等离子体生成时的所述真空槽内的压力高于所述等离子体处理工序中的基板处理开始时的所述真空槽内的压力。
3.根据权利要求1或2任一项所述的基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体点火工序中的等离子体生成时所述稀有气体向所述真空槽内的供给流量大于所述等离子体处理工序中的基板处理开始时所述稀有气体向所述真空槽内的供给流量。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基板处理装置的运行方法，其中所述稀有气体含有选自由He、Ne、Ar、Kr和Xe构成的组中的任1种气体。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体处理工序中使所述反应气体的等离子体与所述基板接触而对所述基板进行蚀刻。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置的运行方法，其中所述基板具有由导电性材料构成的电极膜和由铁电体构成的铁电体膜，所述等离子体处理工序中使所述反应气体的等离子体与所述基板接触、对所述电极膜或所述铁电体膜的任一者或两者进行蚀刻。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置的运行方法，其中所述电极膜含有选自由Pt、 Ir、IrO2, SrRuO3构成的导电性材料的组中的至少1种导电性材料。
8.根据权利要求6或7所述的基板处理装置的运行方法，其中所述铁电体膜含有选自由钛酸钡(BaTi03)、钛酸铅(PbTi03)、钛酸铋镧((Bi，La) Ji3O12 :BLT)、钛锆酸铅(Pb (Zr, Ti) O3 :PZT)、钛锆酸镧铅((PbLa) (ZrTi)O3 :PLZT)和钛酸铋锶(SrBi2Ta2O3 :SBT)构成的组中的任1种铁电体。
9.根据权利要求5至8任一项所述的基板处理装置的运行方法，其中所述反应气体含有在化学结构中含有选自由氟、氯、溴和碘构成的组中的任1种卤素元素的气体。
10.根据权利要求5至9任一项所述的基板处理装置的运行方法，其中所述等离子体处理工序中的所述基板处理中将所述基板加热或冷却至250°C以上的温度。
全文摘要
本发明提供通过稳定生成等离子体、可抑制颗粒发生的基板处理装置的运行方法。在进行了真空排气的真空槽内配置基板后，首先向真空槽内供给稀有气体，对等离子体发生装置施加电压以生成稀有气体的等离子体。接着，向真空槽内供给反应气体、使反应气体与稀有气体的等离子体接触以生成反应气体的等离子体。使该反应气体的等离子体与基板接触而对基板进行处理。利用等离子体生成装置，通过不对反应气体进行等离子体化、而是首先对稀有气体进行等离子体化，从而稳定地生成等离子体、抑制颗粒的发生。
文档编号H01L21/3065GK102484065SQ201080039989
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月9日
发明者吉田善明, 小风丰, 植田昌久 申请人:株式会社爱发科